ELECTROPHORETIC DEPOSITION OF NANOPARTICLES FOR PHOTO-THERMAL SOLAR RECEPTORS

The production of hot water by using efficient photothermal solar collectors is growing in importance to limit the use of fossil fuels. Such surfaces have to display a high solar absorptance (α\u3e0.9), in the UV-VIS and near-IR regions (0.5-2µm) with a low thermal emittance (Ɛ\u3c0.1), in the mid-far infrared region (2-20µm) [1]. Black copper (CuO) has proved to be one of the viable solar-selective coatings owing to its nearly intrinsic properties with high solar absorptance (α\u3e0.9) and comparable emittance (Ɛ\u3c0.4). This study investigates the electrophoretic deposition (EPD) of dispersed nanoparticles (CuO) for the formation of submicron coating as a selective solar absorber [2]. To enhance the native CuO optical properties, a tandem system composed of CuO thin film deposited onto a highly IR reflecting metallic substrate (i.e. gold silicon wafer) is formed by electrophoretic deposition (EPD). Pure CuO thin films are obtained from EPD with a thickness control which is the key to drive the final optical properties. Prior to the electrophoretic deposition, the colloidal dispersion is analysed by laser doppler velocimetry coupled with small angle X-ray (SAXS) and dynamic light scatterings (DLS). The colloidal stability results mainly from Van der Waals and electro-steric interactions, which is a crucial factor in order to obtain some homogeneous and uniform films. Indeed, it not only affects the particle migration, but also influences the green coating density. Besides, some stabilizer additives as MgNO3 are also embedded during the EPD in order to modulate the density of the coating by acting as a binder. The deposition yield is studied relative to the different applied voltage range, deposition time and nanoparticle concentrations. The composition and the thickness of the coatings are analysed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy [3]. Finally, their optical selectivity thresholds are determined by reflectance spectroscopy from UV-vis-NIR spectra and Fourier transform (FTIR) spectra. The associated optimal film thickness range is finally discussed according to the EPD experimental conditions. Please click Additional Files below to see the full abstract

Selective absorbers based on carbon nanotube coating from Electrophoretic Deposition

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Ion Beam Radiation Effects in Monazite.

International audienceMonazite is a potential matrix for conditioning minor actinides arising from spent fuel reprocessing. The matrix behavior under irradiation must be investigated to ensure long-term containment performance. Monazite compounds were irradiated by gold and helium ions to simulate the consequences of alpha decay. This article describes the effects of such irradiation on the structural and macroscopic properties (density, hardness) of monazites LaPO4 and La0.73Ce0.27PO4. Irradiation by gold ions results in major changes in the material properties. At a damage level of 6.7 dpa, monazite exhibits volume expansion of about 8.1%, a 59% drop in hardness, and structure amorphization, although Raman spectroscopy analysis shows that the phosphate-oxygen bond is unaffected. Conversely, no change in the properties of these compounds was observed after He ion implantation. These results indicate that ballistic effects predominate in the studied dose range

Réactions Organiques des Alcools en Conditions Hydrothermales

Cette thèse a pour objectif d'étudier les réactions des alcools en conditions hydrothermales. Dans une phase préliminaire, le phényl-éthanediol a été étudiés. Après aldolisation, cyclisation intramoléculaire et aromatisation sont suivi en formant 1-phénylnaphthalène. L'aldolisation et la cyclisation du type de Friedel et Crafts ont été mise en œuvre.Les transformations de l'éthylène glycol et du 1,2-propanediol sont fortement dépendantes des conditions de réaction (température, durée de réaction et nature du solvant). La réaction de transformation du 1,2-propanediol permet de synthètiser les composés suivants : mésitylène, 2-méthyl-pentènal et 2-éthyl-3,5-diméthyl-cyclopent-2-ènone. Ces produits peuvent être utilisés comme biocarburant ou solvant ou peuvent constituer des matières premières pour des synthèses organiques.Les alkylations du naphthalène et du phénol ont été étudiées en détails en fonction de la nature du solvant. L'emploi d'acide chlorhydrique en concentration de 0.05mol/L à 180C permet l'alkylation des aromats par l'alcool benzylique. D'autres solvants (acide acétique, acide formique à 1mol/L) permettent d'obtenir ces composés avec des rendements d'alkylation inférieurs. Par ailleurs, le recyclage de ces solvants est réalisable. Notons enfin que l'alcool benzylique peut polymériser et cette polymérisation est fortement influencée par la température utilisée. La polymérisation de l'alcool benzylique a été appliquée avec succès à la séparation des platinoïdes d'une solution modèle d'effluents issue du traitement du combustible nucléaire.This thesis aims to study and to apply reactions of alcohols under hydrothermal conditions.Studies on 1-phenyl-ethanediol show an aldolisation, followed by an intramolecular Friedel-Crafts type reaction and an aromatisation. Finally, it ends up by as 1-phenyl-naphthalene.Ethylene glycol reacts on itself with a strong dependence on the temperature and the solvent. The conversion of 1,2-propanediol showed similar dependences and obtained even the aromatic compound mesitylene and especially the amount of products proves dependence on the temperature and the duration of the reaction. The main compounds can be used as solvents, as biofuel and for syntheses, whereas the byproducts might be biocarburants after hydrogenation.The Friedel-Crafts type reaction is transferred to an intermolecular one. Naphthalene and phenol are studied in more detail. 0.05mol/L HCl are enough in order to benzylate an aromatic compound at 180C. HCl can be replaced by acetic acid or formic acid, but even concentrations of 1.0mol/L do not achieve results as good as 0.05mol/L HCl. The recycling of the aqueous phase of these reactions is advantageous. Additionally, benzyl alcohol alkylates benzyl alcohol and thus it can polymerize. Higher temperatures lead to longer polymers. This polymerization can be used in the domain of nuclear fuel recycling in order to separate platinum group metals out of a model solution.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Comportement de l'hélium dans les verres nucléaires tpe R7T7

Cette thèse s'intéresse au comportement de l'hélium dans le verre nucléaire de type R7T7. Pour cela, quatre types de matériaux ont été utilisés dans ce travail, à savoir des verres R7T7 inactifs infusés par de l'hélium sous pression, des verres implantés par des ions 3He+, des verres dopés au curium et des verres irradiés en réacteur. L'étude de la solubilité de l'hélium par infusion dans le verre R7T7 a permis de monter que l'hélium s'insère dans le volume libre du verre et indique une valeur d'environ 1016 at. cm-3 atm.-1. La limite d'incorporation de l'hélium dans ce type de verre a été aussi déterminée ; sa valeur s'élève à environ 2.1021 at.-He cm-3.Les études de diffusion ont montré que la migration de l'hélium est contrôlée par la seule population d'hélium dissoute dans le volume libre du verre. Les données de relâchement qui ont pu être traitées par un modèle de diffusion classique, indiquent des coefficients de diffusion obéissant à la loi d'Arrhenius suivante : D = D0 exp(-Ea/kBT), avec D0 = 0,022 et 5,4.10-3 cm2 s-1 et Ea = 0,61 eV pour les verres infusés et dopés respectivement. Ces résultats traduisent un mécanisme de diffusion thermiquement activé qui n'est pas être influencé par l'endommagement du verre ni par les fortes teneurs en hélium étudiées (jusqu'à 8.1019 at. g-1).Les caractérisations des propriétés macroscopiques, structurales et microstructurales des verres irradiés en réacteur n'ont pas révélé d'impact lié à la présence d'hélium à fortes teneurs. Les modifications observées, à savoir un gonflement de 0,7%, une baisse de la dureté de 38%, une augmentation entre 8 et 34% de la ténacité et une satbilisation de la structure sous irradiation, ont été attribuées à l'endommagement balistique du verre induit par l'irradiation en réacteur. Les caractérisations microstructurales au MEB des verres implantés à fortes teneurs, dopés au curium et irradiés en réacteur ont montré une microstructure homogène exempte de bulles, de pores ou bien de fissuration.Les résultats de ce travail ont été utilisés pour développer un modèle prédictif de comportement à long terme de l'hélium dans un colis réel de verre R7T7. Le modèle considère l'historique thermique du colis, sa fracturation et son activité alpha.The present thesis focuses on the study of helium behavior in R7T7 nuclear waste glass. Therefore, four types of materials were used in this work. These are non radioactive R7T7 glasses saturated with helium under pressure, glasses implanted with 3He+ ions, glasses doped with curium and glasses irradiated in nuclear reactor.The study of helium solubility in saturated R7T7 glass has shown that helium atoms are inserted in the glass free volume. The results yielded a solubility of about 1016 at. cm-3 atm.-1. The incorporation limit of helium in this type of glass has been determined ; its value amounted to about 2.1021 at. cm-3.Diffusion studies have shown that the helium migration is controlled by the single population dissolved in the glass free volume. An ideal diffusion model was used to simulate the helium release data. The determined diffusion coefficients fall into the following Arrhenius law : D = D0 exp(-Ea/kBT), where D0 = 0,022 and 5,4.10-3 cm2 s-1 and Ea = 0,61 eV for the helium saturated glass and the doped one respectively. Theses results reflect a thermally activated diffusion mechanism which is not influenced by the glass radiation damage and the studied helium concentrations (up to 8.1019 at. g-1).Characterizations of the macroscopic, structural and microstructural of glasses irradiated glasses did not reveal any impact associated with the presence of helium at high concentrations. The observed modifications i.e. a swelling of 0,7%, a decrease in hardness by 38%, an increase between 8 and 34%of the fracture toughness and a satbilization of the glass structure under irradiarion were attributed to the glass nuclear damage induced by the irradiation in reactor. Characterizations by SEM of R7T7 glasses implanted with helium at high concentrations, doped with curium and irradiated in nuclear reactor showed a homogeneous microstructure free of helium bubbles, pores or cracking.The results of the present work were used to develop a long term diffusion model of helium in an industrial R7T7 nuclear waste glass. The model considers the glass thermal history, its fracturing and its alpha activity.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Submicron coating of SiO2 nanoparticles from electrophoretic deposition

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Nanoparticules à structure coeur en analogue de bleu de Prusse-coquille, leur procédé de préparation, matériaux les comprenant, et procédé d'extraction de cations métalliques

Nanoparticules à structure cœur-coquille, dans lesquelles : - le cœur de chacune desdites nanoparticules est constitué par une nanoparticule en un hexacyanométallate ou octacyanométallate de métal, répondant à la formule [Alk+ x]Mn+ y[M'(CN)m]t z-, où Alk+ est un cation monovalent choisi parmi les cations de métaux alcalins et le cation ammonium NH4 +, x est égal à 0, 1 ou 2, M est un métal de transition, n est égal à 2 ou 3, y est égal à 1, 2 ou 3, M' est un métal de transition, m est égal à 6 ou 8, z est égal à 3 ou 4, et t est égal à 1 ou 2; - la coquille desdites nanoparticules, qui entoure le cœur, est en au moins un oxyde inorganique poreux. Procédé de préparation desdites nanoparticules à structure cœur-coquille. Matériau échangeur de cations métalliques comprenant lesdites nanoparticules à structure cœur-coquille. Procédé pour extraire au moins un cation métallique à partir d'un milieu liquide le contenant, dans lequel on met en contact ledit milieu liquide avec les lesdites nanoparticules à structure-cœur coquille et/ou ledit matériau échangeur de cations métalliques

Synthesis of plutonium dioxide by citric acid-assisted Solution Combustion Synthesis

International audiencePlutonium dioxide synthesis is an essential step in fuel reprocessing, Solution Combustion Synthesis method (SCS) can offer advantages on fuel preparation. This study reports for the first time the synthesis of PuO$_2$ by SCS with citric acid. It allows to determine an optimal ratio for citric acid over plutonium ratio (CA/Pu=1.1) for PuO$_2$ synthesis, leading to oxides with SCSs characteristic morphologies

Recherches sur les conditionnements spécifiques d’éléments séparés

De nouvelles matrices de conditionnement permettant d’assurer, sur de très longues périodes en conditions de stockage, un confinement de radionucléides à vie longue (I, Cs, Actinides mineurs) après séparation poussée, ont été étudiées dans le cadre de la loi de 1991. Elles sont une solution alternative à la solution de référence séparation poussée - transmutation et permettent aussi le stockage des radionucléides non transmutables. Le développement de ces matrices a fait l’objet de travaux importants entre le CEA et le milieu académique dans le cadre du GDR NOMADE (NOuveaux MAteriaux pour les DEchets)

From colloidal precursors to metal carbides nanocomposites MC (M=Ti, Zr, Hf and Si): Synthesis, characterization and optical spectral selectivity studies

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